(57)【要約】【課題】画像表示装置を薄型化できる新規な投射光学系を実現する。【解決手段】平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、物体側から、物空間側にテレセントリック性を与える群Ｉと、画角の発散を抑制する群ＩＩと、絞り３と、画角を収束させる群ＩＩＩと、画角を収束させた後に拡大する群ＩＶとを少なくとも有するレンズ系と、このレンズ系の像側に配置され、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系とを有し、レンズ系の各群とパワーを有するミラー４とは、光軸を共通とし、物体面１の中心に対して、光軸をシフトさせて配置される投射光学系。【選択図】図１
2007323047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、
物体側から、物空間側にテレセントリック性を与える群と、画角の発散を抑制する群と、絞りと、画角を収束させる群と、画角を収束させた後に拡大する群とを少なくとも有するレンズ系と、このレンズ系の像側に配置され、負のパワーを有するミラー１枚を含む反射光学系とを有し、
上記レンズ系の各群と上記負のパワーを有するミラーとは、光軸を共通とし、
物体面の中心に対して、上記光軸をシフトさせて配置されることを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、
４群のレンズ群を有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー１枚を含む反射光学系を有し、
上記レンズ系の各群と上記負のパワーを有するミラーとは光軸を共通とし、上記レンズ系中に絞りを有し、
上記レンズ系の物体側は略テレセントリックであり、
物体面の中心に対して、上記光軸をシフトさせて配置されることを特徴とする投射光学系。
【請求項３】
請求項１または２記載の投射光学系において、
レンズ系が、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、上記第１ないし第３レンズ群は正のパワー、第３レンズ群と第４レンズ群の合成パワーが負であり、上記第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを配してなることを特徴とする投射光学系。
【請求項４】
請求項１または２記載の投射光学系において、
レンズ系が、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、上記第１ないし第３レンズ群は正のパワー、第４レンズ群は最も像側のレンズを除く合成パワーが負であり、上記最も像側のレンズが像側に凸のメニスカス形状であり、上記第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを配してなることを特徴とする投射光学系。
【請求項５】
平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、
物体側から、物空間側にテレセントリック性を与える群と、絞りと、画角の発散を抑制する群と、画角を収束させる群と、画角を収束させた後に拡大する群とを少なくとも有するレンズ系と、このレンズ系の像側に配置され、負のパワーを有するミラー１枚を含む反射光学系とを有し、
上記レンズ系の各群と上記負のパワーを有するミラーとは、光軸を共通とし、
物体面の中心に対して、上記光軸をシフトさせて配置されることを特徴とする投射光学系。
【請求項６】
平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、
４群のレンズ群を有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー１枚を含む反射光学系を有し、
上記レンズ系の各群と上記負のパワーを有するミラーとは光軸を共通とし、上記レンズ系中に絞りを有し、
上記レンズ系の物体側は略テレセントリックであり、
物体面の中心に対して、上記光軸をシフトさせて配置されることを特徴とする投射光学系。
【請求項７】
請求項６または７記載の投射光学系において、
上記レンズ系が、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、上記第１ないし第２レンズ群は正のパワー、第３レンズ群と第４レンズ群の合成パワーが負であり、上記第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配してなることを特徴とする投射光学系。
【請求項８】
請求項６または７記載の投射光学系において、
上記レンズ系が、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、上記第１ないし第３レンズ群は正のパワー、第４レンズ群は最も像側のレンズを除く合成パワーが負であり、上記最も像側のレンズが像側に凸のメニスカス形状であり、上記第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配してなることを特徴とする投射光学系。
【請求項９】
請求項３、４、７または８記載の投射光学系において、
絞りよりも物体側に接合レンズを配置したことを特徴とする投射光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載の投射光学系において、
レンズ系中に非球面を１面以上含むことを特徴とする投射光学系。
【請求項１１】
請求項１０記載の投射光学系において、
レンズ系中の非球面が２面以下であることを特徴とする投射光学系。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の投射光学系において、
レンズ系中における第４レンズ群の最も像側のレンズの両面が非球面であることを特徴とする投射光学系。
【請求項１３】
請求項１２記載の投射光学系において、
第４レンズ群の最も像側のレンズが合成樹脂によるレンズであることを特徴とする投射光学系。
【請求項１４】
請求項１〜１３の任意の１に記載の投射光学系において、
反射光学系における負のパワーを有するミラーの鏡面が回転対称非球面であることを特徴とする投射光学系。
【請求項１５】
請求項１４記載の投射光学系において、
反射光学系における負のパワーを有するミラーの鏡面の回転対称非球面が偶数次項と奇数次項を含むことを特徴とする投射光学系。
【請求項１６】
請求項１〜１５の任意の１に記載の投射光学系において、
レンズ系中もしくは、上記レンズ系と反射光学系において最も上記レンズ系に近いミラーとの間に、光路屈曲用のミラーを１枚以上設けたことを特徴とする投射光学系。
【請求項１７】
請求項５〜８の任意の１に記載の投射光学系において、
第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離をｆ３、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をｆとするとき、下式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする投射光学系。
２．７＜ｆ１／ｆ        ・・・（１）
ｆ２／ｆ＜８．８        ・・・（２）
−９．４＜ｆ３／ｆ      ・・・（３）
【請求項１８】
請求項１７記載の投射光学系において、
さらに下式（４）〜（６）を満たすことを特徴とする投射光学系。
７９＜ｆ１＜８１      ・・・・（４）
ｆ２＜２５３          ・・・・（５）
−２７５＜ｆ３        ・・・・（６）
【請求項１９】
請求項５〜８の任意の１に記載の投射光学系において、
第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離をｆ３、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をｆとするとき、下式（７）〜（９）を満たすことを特徴とする投射光学系。
ｆ１／ｆ＜３．０        ・・・・（７）
７．７＜ｆ２／ｆ        ・・・・（８）
ｆ３／ｆ＜−５．６      ・・・・（９）
【請求項２０】
請求項１９記載の投射光学系において、
さらに下式（１０）〜（１２）を満たすことを特徴とする投射光学系。
７９＜ｆ１＜８１        ・・・・（１０）
２１０＜ｆ２            ・・・・（１１）
ｆ３＜−１５２          ・・・・（１２）
【請求項２１】
請求項５〜８の任意の１に記載の投射光学系において、
第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離をｆ３、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をｆとするとき、下式（１３）〜（１５）を満たすことを特徴とする投射光学系。
２．８＜ｆ１／ｆ＜３．０        ・・・・（１３）
７．９＜ｆ２／ｆ＜８．２        ・・・・（１４）
−７．２＜ｆ３／ｆ＜−６．０    ・・・・（１５）
【請求項２２】
請求項２１記載の投射光学系において、
さらに、下式（１６）〜（１８）を満たすことを特徴とする投射光学系。
７９＜ｆ１＜８１          ・・・・（１６）
２１０＜ｆ２＜２３０      ・・・・（１７）
−２０２＜ｆ３＜−１５３    ・・・・（１８）
【請求項２３】
ライトバルブの画像表示面に平面的に表示され、照明手段により照明された画像を、投射光学系により拡大して投射結像する画像表示装置において、
投射光学系が請求項１〜２２の任意の１に記載のものであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の画像表示装置において、
ライトバルブが反射型のライトバルブであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２５】
請求項２３または２４記載の画像表示装置において、
ライトバルブが３枚で、３原色の各色成分画像を表示するものであり、これら３枚のライトバルブにより変調された光束を合成して投射光学系に導光し、カラー画像を結像投射するものであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２６】
請求項２３〜２５の任意の１に記載の画像表示装置において、
ライトバルブと、これを照明する照明手段と、投射光学系と、拡大画像を投射される画像表示手段とが一体とされた画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は投射光学系及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型のライトバルブに２次元的に画像表示した文字や絵などの静止画、あるいは動画などを、投射光学系によって拡大投影して画像表示するプロジェクタタイプの画像表示装置が知られている。ライトバルブとしては透過型液晶パネル、ＤＬＰ（Digital  Light  Processor）のほか、コントラスト特性に優れたＬＣＯＳ（Liquid  Crystal  on  Silicon）が近年注目されている。
【０００３】
プロジェクタ型の画像表示装置としては、ライトバルブ上の画像を装置から離して設けた反射型スクリーンなどの投射面に拡大投射して反射光を観察するフロントプロジェクション型と、装置内に透過型のスクリーンを投射面として設け、スクリーンの背面側からライトバルブ上の画像を拡大投射し、スクリーン表面側から画像を観察するリアプロジェクション型とがある。
【０００４】
リアプロジェクション型用の投射光学系として、物体側に配される広角レンズと「負のパワーを有する曲面ミラー」を組み合わせたものが特許文献１に記載されている。
特許文献２には、物体側にテレセントリックなレンズ系により中間像を形成し、この中間像を物体像として、正のパワーを持つ反射光学系によりスクリーン上に結像させる投射光学系が記載されている。
特許文献３には、物体側にテレセントリックなレンズ系と、負のパワーを有するマンジン鏡（Ｍａｎｇｉｎ  ｍｉｒｒｏｒ）によりスクリーン上に結像させる投射光学系が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３３４８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２５８６２０号公報
【特許文献３】特開２００５−２９２８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の投射光学系はバックフォーカスが短く、物体側がテレセントリックになっていないので、ＬＣＯＳのような反射型のライトバルブへの適用が容易でないと考えられる。実際、特許文献１では画像の表示にＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）が想定されている。
【０００７】
特許文献２に記載の投射光学系は物体側にテレセントリックであり、反射型のライトバルブへの適用も開示されているが、反射光学系に正のパワーを持たせているため、拡大倍率を大きくとろうとすると、結像の光路長が大きくなりやすく、例えばリアプロジェクタ型の画像表示装置では「装置の奥行きや高さ」が大きくなりやすい。
【０００８】
特許文献３に記載の投射光学系は物体側にテレセントリックであり、反射型のライトバルブへの適用も開示されているが、反射光学系に負のパワーを有するマンジン鏡を用いており、マンジン鏡の製造は通常のミラーよりも難しくコストも高い。
【０００９】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、十分なバックフォーカスを確保でき、ＬＣＯＳなどの反射型のライトバルブへの対応性に優れ、従来技術のようなマンジン鏡を用いることなく高い解像力を得ることができ、像面に対して斜めに投射してもディストーションを良好に補正することが可能であり、投射距離も短く、薄型化・小型化を実現できる投射光学系および、この投射光学系を用いた画像表示装置の提供を、その主な目的とする。
また、この発明は、各レンズ群のパワー、焦点距離の最適な範囲を明確にし、投射光学系における解像性能のさらなる向上及び反射光学系における非球面ミラーの小型化に寄与することを、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の投射光学系は「平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系」である。
請求項１記載の投射光学系は以下の特徴を有する。
即ち、物体側にレンズ系、像側に反射光学系を有する。
「レンズ系」は、物空間側にテレセントリック性を与える群と、画角の発散を抑制する群と、絞りと、画角を収束させる群と、画角を収束させた後に拡大する群とを少なくとも有する。
「反射光学系」は、レンズ系の像側に配置され「負のパワーを有するミラー１枚」を含む。
ここで、「テレセントリック性を与える」とは、物空間側のテレセントリック性を維持するという概念を含み、また、物空間側の発散性を抑制してテレセントリックな状態で入射させるという概念を含むものである。
【００１１】
レンズ系の各群と「負のパワーを有するミラー」とは光軸を共通として配置される。
そして「物体面（平面的な画像が表示される面）の中心」に対して、光軸をシフトさせて配置される。
【００１２】
請求項２記載の投射光学系は以下の特徴を有する。
即ち、４群のレンズ群を有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー１枚を含む反射光学系を有する。
レンズ系の各群と「負のパワーを有するミラー」とは光軸を共通とし、レンズ系中には絞りが配置される。
【００１３】
レンズ系の物体側は略テレセントリックである。「略テレセントリック」とは、レンズ系の最も物体側のレンズ面に入射する主光線が光軸に対してなす角が±５度程度以下であることを意味する。
そして「物体面（平面的な画像が表示される面）の中心」に対して、光軸をシフトさせて配置される。
【００１４】
請求項１または２記載の投射光学系におけるレンズ系は、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、第１ないし第３レンズ群は正のパワー、第３レンズ群と第４レンズ群の合成パワーが負であり、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを配した系とすることができる（請求項３）。
【００１５】
請求項１または２記載の投射光学系におけるレンズ系は、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、第１ないし第３レンズ群は正のパワー、第４レンズ群は「最も像側のレンズを除く合成パワー」が負で、上記最も像側のレンズが「像側に凸のメニスカス形状」であり、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを配した系とすることができる（請求項４）。この場合、絞りよりも物体側に接合レンズを配置することが好ましい（請求項９）。
【００１６】
請求項５記載の投射光学系は以下の特徴を有する。
即ち、物体側にレンズ系、像側に反射光学系を有する。
「レンズ系」は、物空間側にテレセントリック性を与える群と、絞りと、画角の発散を抑制する群と、画角を収束させる群と、画角を収束させた後に拡大する群とを少なくとも有する。
「反射光学系」は、レンズ系の像側に配置され「負のパワーを有するミラー１枚」を含む。
レンズ系の各群と「負のパワーを有するミラー」とは光軸を共通として配置される。
そして「物体面（平面的な画像が表示される面）の中心」に対して、光軸をシフトさせて配置される。
【００１７】
請求項６記載の投射光学系は以下の特徴を有する。
即ち、４群のレンズ群を有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー１枚を含む反射光学系を有する。
レンズ系の各群と「負のパワーを有するミラー」とは光軸を共通とし、レンズ系中には絞りが配置される。
【００１８】
レンズ系の物体側は略テレセントリックである。「略テレセントリック」とは、レンズ系の最も物体側のレンズ面に入射する主光線が光軸に対してなす角が±５度程度以下であることを意味する。
そして「物体面（平面的な画像が表示される面）の中心」に対して、光軸をシフトさせて配置される。
【００１９】
請求項５または６記載の投射光学系におけるレンズ系は、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、第１ないし第２レンズ群は正のパワー、第３レンズ群と第４レンズ群の合成パワーが負であり、第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配した系とすることができる（請求項７）。
【００２０】
請求項５または６記載の投射光学系におけるレンズ系は、物体側より順に、第１ないし第４レンズ群を配してなり、第１ないし第３レンズ群は正のパワー、第４レンズ群は「最も像側のレンズを除く合成パワー」が負で、上記最も像側のレンズが「像側に凸のメニスカス形状」であり、第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配した系とすることができる（請求項８）。この場合、絞りよりも物体側に接合レンズを配置することが好ましい（請求項９）。
【００２１】
請求項４または８のように、レンズ系を４群のレンズ群で構成し、各レンズ群のパワー配置を上記のごとく設定し、最も像側のレンズを「像側に凸のメニスカスレンズ」とすると、反射光学系のミラーの、負のパワーとあわせてバックフォーカスを長くとることができ、物体面側をテレセントリックとすることにより、像側が広角で、投射距離が短く、像面に対して斜めに投射しても像の歪の補正が可能で、解像度の高い投射光学系が得られる。また、第２レンズ群と第３レンズ群との間に、あるいは第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置することによって高い開口効率を得ることができる。
【００２２】
さらに、請求項９のように「絞りよりも物体側に接合レンズを配置する」ことにより、倍率色収差の良好な補正が可能になる。
【００２３】
請求項１〜９の任意の１に記載の投射光学系は、レンズ系中に非球面を１面以上含むことが好ましい（請求項１０）。この場合に、レンズ系中の非球面は「２面以下」であることができる（請求項１１）。非球面のレンズ面を用いることにより、結像性能を良好に補正することができる。
【００２４】
請求項１０または１１記載の投射光学系は、レンズ系中における「第４レンズ群の最も像側のレンズ」の両面を非球面とすることが好ましい（請求項１２）。この場合、第４レンズ群の最も像側のレンズは合成樹脂によるレンズとすることが好ましい（請求項１３）。
「両面を非球面とするレンズ」の材料を合成樹脂とすることにより、非球面の形成が容易であり投射光学系の量産コストを低減できる。
【００２５】
請求項１〜１３の任意の１に記載の投射光学系において「反射光学系における負のパワーを有するミラー」の鏡面は回転対称非球面であることができる（請求項１４）。この場合、負のパワーを有するミラーの回転対称非球面は「偶数次項と奇数次項」を含むことが好ましい（請求項１５）。回転対称非球面は形成容易で製造コストを低減できる。また、偶数次の項のみならず奇数次の項を持つ非球面により「広角化と斜め投射に伴う像歪」を良好に補正することが可能である。
【００２６】
請求項１〜１５の任意の１に記載の投射光学系は、レンズ系中もしくは、レンズ系と反射光学系において最も上記レンズ系に近いミラーとの間に「光路屈曲用のミラー」を１枚以上設けることができる（請求項１６）。このような光路屈曲ミラーの使用により、投射光学系の光路を「折りたたむ」ことができ、これを用いる画像表示装置の奥行きを薄くすることができる。
【００２７】
請求項５〜８の任意の１に記載の投射光学系は、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離をｆ３、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をｆとするとき、下式（１）〜（３）を満たすようにすることができる（請求項１７）。この条件は、薄型投射可能で、解像性能の向上に有利な構成条件である。
２．７＜ｆ１／ｆ        ・・・（１）
ｆ２／ｆ＜８．８        ・・・（２）
−９．４＜ｆ３／ｆ      ・・・（３）
【００２８】
請求項１７記載の投射光学系は、さらに下式（４）〜（６）を満たすようにすることができる（請求項１８）。この条件は、薄型投射可能で、解像性能の向上に有利な構成条件である。
７９＜ｆ１＜８１      ・・・・（４）
ｆ２＜２５３          ・・・・（５）
−２７５＜ｆ３        ・・・・（６）
【００２９】
請求項５〜８の任意の１に記載の投射光学系は、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離をｆ３、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をｆとするとき、下式（７）〜（９）を満たすようにすることができる（請求項１９）。この条件は、薄型投射可能で、ミラー小型化に有利な構成条件である。
ｆ１／ｆ＜３．０        ・・・・（７）
７．７＜ｆ２／ｆ        ・・・・（８）
ｆ３／ｆ＜−５．６      ・・・・（９）
請求項１９記載の投射光学系は、さらに下式（１０）〜（１２）を満たすようにすることができる（請求項２０）。この条件は、薄型投射可能で、ミラー小型化に有利な構成条件である。
７９＜ｆ１＜８１        ・・・・（１０）
２１０＜ｆ２            ・・・・（１１）
ｆ３＜−１５２          ・・・・（１２）
【００３０】
請求項５〜８の任意の１に記載の投射光学系は、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離をｆ３、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をｆとするとき、下式（１３）〜（１５）を満たすようにすることができる（請求項２１）。この条件は、薄型投射可能で、高ＭＴＦ化とミラー小型化に有利な構成条件である。
２．８＜ｆ１／ｆ＜３．０        ・・・・（１３）
７．９＜ｆ２／ｆ＜８．２        ・・・・（１４）
−７．２＜ｆ３／ｆ＜−６．０    ・・・・（１５）
【００３１】
請求項２１記載の投射光学系は、さらに、下式（１６）〜（１８）を満たすようにすることができる（請求項２２）。この条件は、薄型投射可能で、高ＭＴＦ化とミラー小型化に有利な構成条件である。
７９＜ｆ１＜８１          ・・・・（１６）
２１０＜ｆ２＜２３０      ・・・・（１７）
−２０２＜ｆ３＜−１５３    ・・・・（１８）
【００３２】
この発明の画像表示装置は「ライトバルブの画像表示面に平面的に表示され、照明手段により照明された画像を、投射光学系により拡大して投射結像する画像表示装置」であって、投射光学系として請求項１〜２２の任意の１に記載のものを用いることを特徴とする（請求項２３）。
【００３３】
請求項２３記載の画像表示装置におけるライトバルブは「反射型のライトバルブ」であることができる（請求項２４）。勿論、透過型のライトバルブを用いることもできる。反射型のライトバルブとしては、前述のＬＣＯＳが好適である。
【００３４】
請求項２３または２４記載の画像表示装置は、３枚のライトバルブに３原色の各色成分画像を表示し、これら３枚のライトバルブにより変調された光束を合成して投射光学系に導光し、カラー画像を結像投射するものであることができる（請求項２５）。ライトバルブ３枚を用いることにより、単板式のカラー画像表示よりも解像力の高いカラー画像を表示できる。
【００３５】
請求項２３〜２５の任意の１に記載の画像表示装置は、ライトバルブと、これを照明する照明手段と、投射光学系と、拡大画像を投射される画像表示手段とを一体として構成することができる（請求項２６）。「画像表示手段」は、画像表示装置がフロントプロジェクション型のものであるときは「反射性のスクリーン」、リアプロジェクション型のものであるときは「透過型のスクリーン」である。
【発明の効果】
【００３６】
以上に説明したように、この発明の投射光学系は、物体側に配置されるレンズ系が、物空間側に略テレセントリック性を有するので、平面的に画像を表示するライトバルブとして応答性やコントラスト特性に優れたＬＣＯＳを用いることができ、像側に配置される反射光学系が負のパワーのミラーを含むので、このミラーの負のパワーにより、結像光束の発散角を広げ、短い光路長で大きな拡大像を結像させることができ、画像表示装置を薄型化することができる。
【００３７】
投射光学系はまた「平面的な画像の表示される物体面の中心」に対して、光軸をシフトさせて配置されるので、像面の中心高さを、物体面の中心高さよりも高くできる。
【００３８】
また、像側に配置される反射光学系の、負のパワーを持つミラーの鏡面形状を非球面形状とすることにより、高品質の拡大画像の表示が可能となる。
【００３９】
ＬＣＯＳパネルの画像を、マンジン鏡を用いることなく、高い解像力で且つ短い投写距離で、投射面の法線に対して傾斜して投射することができる。これにより、マンジン鏡を用いることによる製造困難性、高コスト化を回避できる。
光軸を共通とすることで、光学系の組み付け調整が容易となる。
バックフォーカスが長くＬＣＯＳ等の反射型ライトバルブへの対応性に優れた構成とすることができる。また、指定の絞り配置によって周辺光量比の高い投射系を実現できる。
【００４０】
レンズ系の焦点距離を最適化することにより、８０倍以上の高い拡大倍率で投射しても、ＱＸＧＡという高い解像度クラスにおいて、良好な解像性能を得ることができる。
レンズ系の焦点距離を最適化することにより、６０インチ程度の投写画面サイズにおいても、ＱＸＧＡという高い解像度クラスにおいて、良好な解像性能を得ることができる。
レンズ系の焦点距離を最適化することにより、非球面ミラーのサイズを大型化することなく、８０倍以上の高い拡大倍率で投射することができ、ＱＸＧＡという高い解像度クラスにおいても良好な解像性能を得ることができる。
レンズ系の焦点距離を最適化することにより、非球面ミラーのサイズを大型化することなく、６０インチ程度の投写画面サイズに拡大投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、第１の実施の形態に係る投射光学系を示している。
図１において符号１は、投射光学系の結像において物体となる「平面的に表示された画像である物体面」を示す。物体面１は実体的には「ライトバルブの画像表示面」であり、この実施の形態では「反射型のライトバルブの画像表示面」を想定している。なお、反射型に限らず透過型のライトバルブの画像表示面であっても良い。この実施の形態は、反射型のライトバルブを３枚用いるカラー画像表示を想定しており、これら３枚のライトバルブは投射光学系に対して等価な位置に配置されるので、物体面１で３つの物体面を表している。
【００４２】
符号２は「光源からの光を各ライトバルブへ導くための偏光ビームスプリッタと、各ライトバルブでの反射光束を合成するためのクロスプリズムとを合わせた系」を、これに等価な光路長を持つ透明板として示すものである。
【００４３】
符号ＩないしＩＶは第１レンズ群ないし第４レンズ群を示している。第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶは「レンズ系」を構成する。符号３は、第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩとの間に配置された絞りを示し、符号４は反射光学系に含まれる「負のパワーを持つミラー」を示している。
【００４４】
図１に示す如く、レンズ系における第１レンズ群Ｉの物空間側は「テレセントリック」である。第１レンズ群Ｉのパワーは０．００１８、第２レンズ群ＩＩのパワーは０．０１７９、第３レンズ群ＩＩＩのパワーは０．０１０であり、これら第１ないし第３レンズ群のパワーはいずれも「正」である。第４レンズ群ＩＶにおいて「最も像側のレンズを除いた合成パワー」は−０．０４３６で「負」であり、最も像側のレンズは「像面側に凸のメニスカスレンズ」である。
【００４５】
レンズ系の光軸は、物体面１に対して図の上方へシフトして設定されている。これは光軸上の成分は用いないことを意味する。
第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩとの間に絞り３が設けられている。物体面１から射出した「異なる画角の主光線」は絞り３の位置で光軸と交差し、マージナル光線の高さは絞りの径に一致している。レンズ系を構成する第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶは光軸を共通とする「共軸配置」である。
【００４６】
負のパワーを持つミラー４の鏡面は「回転対称非球面形状」であり、レンズ系と光軸を共通にして配置されている。すなわちミラー４はレンズ系光軸に対して偏心していない。従がって、投射光学系を構成するレンズ系と反射光学系とは光軸を共通にしている。
【００４７】
ミラー４の回転対称非球面形状は、非球面係数として偶数次項と奇数次項を含む非球面形状となっている。偶数次項と奇数次項とを含む非球面形状は、ｃを近軸曲率、Ｋを円錐定数、非球面係数をＡｉ（ｉ＝１，２，３，・・）として、次式で表される。
【００４８】
Ｚ(ｒ)＝(ｃｒ２)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)ｃ２ｒ２}]
＋Ａ１・ｒ＋Ａ２・ｒ２＋Ａ３・ｒ３＋Ａ４・ｒ４＋・・・・
ここに、ｒは「光軸からの距離」、Ｚは「光軸方向のデプス」である。
【００４９】
即ち、図１に示す投射光学系は、物体側から、物空間側にテレセントリック性を与える群Ｉと、画角の発散を抑制する群ＩＩと、絞り３と、画角を収束させる群ＩＩＩと、画角を収束させた後に拡大する群ＩＶとを有するレンズ系と、このレンズ系の像側に配置され、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系とを有し、レンズ系の各群とパワーを有するミラー４とは光軸を共通とし、物体面１の中心に対して、光軸をシフトさせて配置されている。これらの構成によれば、画像表示装置を薄型化、小型化することができる。
【００５０】
また、図１に実施の形態を示す投射光学系は、平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、４群のレンズ群ＩないしＩＶを有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系４を有し、レンズ系の各群と負のパワーを有するミラー４とは光軸を共通とし、レンズ系中に絞り３を有し、レンズ系の物体側は略テレセントリックであり、物体面１の中心に対して光軸をシフトさせて配置されるものである。これらの構成によれば、画像表示装置を薄型化、小型化することができる。
【００５１】
レンズ系は、物体側より順に第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶを配してなり、第１レンズ群Ｉないし第３レンズ群ＩＩＩは正のパワー、第４レンズ群ＩＶは最も像側のレンズを除く合成パワーが負で、最も像側のレンズが像側に凸のメニスカス形状であり、第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩとの間に絞り３を配してなる。このように反射光学系のミラーの、負のパワーとあわせてバックフォーカスを長くとることができ、物体面側をテレセントリックとすることにより、像側が広角で、投射距離が短く、像面に対して斜めに投射しても像の歪の補正が可能で、解像度の高い投射光学系が得られる。また、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを配置することによって高い開口効率を得ることができる。
【００５２】
また、図１に示すように、絞りよりも物体側にある第１レンズ群Ｉには、２組の接合レンズが配置されている。このように「絞りよりも物体側に接合レンズを配置する」ことにより、倍率色収差の良好な補正が可能になる。
【００５３】
さらに、反射光学系における負のパワーを有するミラー４の鏡面が奇数次項を含む回転対称非球面である。回転対称非球面は形成容易で製造コストを低減できる。また、偶数次の項のみならず奇数次の項を持つ非球面により「広角化と斜め投射に伴う像歪」を良好に補正することが可能である。
【００５４】
レンズ系において、最も像側のレンズが像側に凸のメニスカス形状である点は、これに限定される趣旨ではない。
物体側より順に第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶを配してなり、第１レンズ群Ｉないし第３レンズ群ＩＩＩは正のパワー、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成パワーが負であり、第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩとの間に絞り３を配してなる系としてもよい。
【００５５】
ここで、図１の実施の形態に対する具体的な数値例を挙げる。
［数値例１］
表１は数値例１に関するデータである。
表１において「Ｎｏ．」とあるのは物体側から数えた面番号であり、符号２で示す透明板の両面や絞り３の面も含んでいる。Ｎｏ．＝０は「物体面」であり、Ｎｏ．＝１５は絞りの面である。「Ｒ」は曲率半径、「Ｄ」は面間隔、「Ｎｄ」はｄ線に対する材質の屈折率、「νｄ」はアッベ数を示す。
【００５６】
【表１】
2007323047.tif 000003
【００５７】
表２は、面番号：Ｎｏ．＝２２（第４レンズ群ＩＶの、最も像側のレンズの物体側レンズ面）の非球面データを示す。
【００５８】
【表２】
2007323047.tif 000004
【００５９】
表３は、面番号：Ｎｏ．＝２３（第４レンズ群ＩＶの、最も像側のレンズの像側レンズ面）の非球面データを示す。
【００６０】
【表３】
2007323047.tif 000005
【００６１】
表４は、面番号：２４（ミラー４の鏡面）の非球面形状の非球面データである。
【００６２】
【表４】
2007323047.tif 000006
【００６３】
なお、表１における面番号２５は、ミラー４による反射光束をスクリーン側へ反射する平面鏡（ミラー４とともに反射光学系を構成する。図１には図示されていない。）の反射面である。
【００６４】
具体的な数値例１の投射光学系では、上記の如く、レンズ系中に非球面を１面以上（面番号：２２、２３）含み、レンズ系中の非球面が２面である。また、レンズ系中における第４レンズ群ＩＶの最も像側のレンズ（像側に凸面を向けたメニスカスレンズ）の両面（面番号：２２、２３）が非球面である。また、第４レンズ群ＩＶの最も像側のレンズは合成樹脂によるレンズである。このように、非球面のレンズ面を用いることにより、結像性能を良好に補正することができる。さらに、「両面を非球面とするレンズ」の材料を合成樹脂とすることにより、非球面の形成が容易であり投射光学系の量産コストを低減できる。
【００６５】
数値例１における拡大倍率は８５．７倍であり、対角長：０．７インチの反射型のライトバルブを用いる場合、対角長：６０インチの画面に拡大投射できる。
【００６６】
図１に示す光束群は、物体面１において「最も光軸に近い位置」を基点に、図の−Ｙ方向に物体高比：０．０、０．２５、０．５、０．７５、１．０の５つの画角を設定して表示している。
【００６７】
図２は、数値例１における波動光学的ＭＴＦ特性を示す図である。
横軸は空間周波数（SPATIAL  FREQUENCY（cycles/mm））を表し、縦軸はモジュレーション値（MODULATION）である。即ち、縦軸は「ＭＴＦを比率で表示」するものであり、最大値：１はＭＴＦが１００％であることを意味する。同図における空間周波数：０．８３cycles/mmは、投射光学系の倍率から「ＱＸＧＡの１ラインペアに相当する周波数」になっているが、６５％を越える解像力が得られていることを示している。
【００６８】
図３は、数値例１における「像面（スクリーン面）における像の集光位置」を示している。縦軸のＹ方向は図１における上下方向で、横軸のＸ方向は図１の図面に直交する方向である。上述の如く、ミラー４により反射された光束は、ＸＹ面に平行な反射面を持つ平面鏡により反射されてスクリーン（表示手段）上に投射されるので、像面（スクリーン）はＸＹ面に平行である。Ｘ＝Ｙ＝０は「レンズ系の光軸位置」の座標である。
【００６９】
図３は、像面上でＸ＝０に対しＸのプラス方向のみの像点位置を示しているが、投射光学系が「Ｙ軸に対して左右対称」であることから、Ｘのマイナス側にもＹ軸に対称に像点が位置することは言うまでも無い。図３からわかるようにディストーション歪は極めて良好に補正されている。即ち、数値例１におけるＴＶディストーション値は±０．５％以下である。
【００７０】
図４に第２の実施の形態（図１に示す実施の形態の変形例）を示す。
この実施の形態におけるレンズ系・反射光学系は図１に示すものと同一であるが、レンズ系と、反射光学系のミラー４（最もレンズ系に近いミラー）との間に、光路屈曲用のミラー５を配置した構成となっている。
【００７１】
図４における符号６は「ミラー４とともに反射光学系を構成する平面鏡」を示し、符号７は「画像表示手段」であるスクリーンを示している。
符号１は物体面を示し、符号２は図１の実施の形態と同じく「光源からの光を各ライトバルブへ導くための偏光ビームスプリッタと、各ライトバルブでの反射光束を合成するためのクロスプリズムとを合わせた系」を、これに等価な光路長を持つ透明板として示すものである。
【００７２】
物体面１からの光はレンズ系を透過し、光路屈曲用のミラー５により反射されてミラー４に入射し、さらに平面鏡６により反射されてスクリーン７上に結像する。光路屈曲用のミラー５は平面鏡で、その反射面の法線が、図４に示すＸＺ面に平行な面内においてＺ方向に対して４５度傾くように配置される。
【００７３】
図５は、図４の実施の形態をＺ方向から見たＸＹ平面図である。光線は平面鏡５、回転対称非球面形状の鏡面を持つミラー４、平面鏡６の順に反射してスクリーン７に至る。反射にともない光線高さは＋Ｙ方向に増加する。
【００７４】
平面鏡５には光路屈曲以外の作用がないので、図４の光学系のデータを数値例１のデータと同一にすれば、波動光学的ＭＴＦ特性は図２に示すものと同一になり、像面（ＹＺ面に平行である。）における像の集光位置は図３に示すものと同一になる。ただし、ミラー５によって光軸方向がＸ軸方向に変換されるので、スクリーンの横方向はＺ軸方向に変換される。
【００７５】
図４、図５の実施の形態は、レンズ系がミラー４と平面鏡６との間に配置され、レンズ系光軸が平面鏡６の反射面と平行になるので、平面鏡６とスクリーン７との間の間隔を、図１に示す実施の形態に比してより小さくでき、リアプロジェクション型の画像表示装置として構成すると装置の奥行きをより小さくできる。因みに、平面鏡６とスクリーン７のＸ方向の間隔は３００ｍｍ程度である。また、平面鏡６を取り除いた構成により、フロントプロジェクション型の画像表示装置として構成するとスクリーンと近接でありながら、十分な拡大投射を行うことが可能となる。
【００７６】
図６は、第３の実施の形態に係る投射光学系を示す図である。繁雑を避けるため混同の恐れが無いと思われるものについては図１におけるものと同一の符号を付すものとする。
図６に示すように、物体面１からの光は、「光源からの光を各ライトバルブへ導くための偏光ビームスプリッタと、各ライトバルブでの反射光束を合成するためのクロスプリズムとを合わせた系」に等価な光路長を持つ透明板２を介してレンズ系に入射する。レンズ系は第１レンズ群Ｉ〜第４レンズ群ＩＶを共軸配置に配置してなる。
【００７７】
レンズ系から射出した光は、反射光学系を構成する負のパワーを持つミラー４に入射し、反射されて表示手段であるスクリーン７上に結像する。
【００７８】
図６に示す実施の形態では、図１の形態よりもレンズが薄肉化されている。
物体面１は反射型のライトバルブの画像表示面である。物体面１におけるＹ方向の物体高すなわち有効領域は、レンズ系の光軸よりも図の下方の範囲に設定され、物体面１の中心はレンズ系の光軸に対してＹ方向のマイナス側へシフトして配置されている。
【００７９】
図６の実施の形態において、レンズ系の第１レンズ群Ｉは物体面側にテレセントリック性を有し、そのパワーは０．０１０３である。第２レンズ群ＩＩのパワーは０．００８６、第３レンズ群ＩＩＩのパワーは０．００９４である。即ち、第１レンズ群Ｉ〜第３レンズ群ＩＩＩは何れも「正のパワー」を持つ。第４レンズ群ＩＶの「最も像側のレンズを除く合成焦点距離」は−０．０４で「負」であり、最も像側のレンズは「像側に凸面を向けたメニスカスレンズ」である。上記の如く、第１レンズ群Ｉ〜第４レンズ群ＩＶは「共軸配置」である。
【００８０】
第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩの間には絞り３が設けられている。物体面１から射出した「異なる画角の主光線」は絞り３の位置で光軸と交差し、マージナル光線の高さは絞りの径に一致している。
【００８１】
反射光学系に含まれるミラー４は負のパワーを有し、その光軸はレンズ系の光軸と合致しており、偏心していない。
【００８２】
この実施の形態においても、ミラー４の鏡面は、奇数次項と偶数次項の非球面係数を含む回転対称非球面形状となっている。また、図示の如く、第１レンズ群Ｉには接合レンズを２組設けており、これは絞り３よりも物体面側にある。
【００８３】
すなわち、図６に示す投射光学系は、物体側から、物空間側にテレセントリック性を与える群Ｉと、画角の発散を抑制する群ＩＩと、絞り３と、画角を収束させる群ＩＩＩと、画角を収束させた後に拡大する群ＩＶとを有するレンズ系と、このレンズ系の像側に配置され、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系とを有し、レンズ系の各群とパワーを有するミラー４とは光軸を共通とし、物体面１の中心に対して、光軸をシフトさせて配置されている。
【００８４】
また、図６に実施の形態を示す投射光学系は、平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、４群のレンズ群ＩないしＩＶを有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系を有し、レンズ系の各群と負のパワーを有するミラー４とは光軸を共通とし、レンズ系中に絞り３を有し、レンズ系の物体側は略テレセントリックであり、物体面１の中心に対して光軸をシフトさせて配置されるものである。また、レンズ系は、物体側より順に第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶを配してなり、第１レンズ群Ｉないし第３レンズ群ＩＩＩは正のパワー、第４レンズ群ＩＶは「最も像側のレンズを除く合成パワー」が負で、最も像側のレンズが像側に凸のメニスカス形状であり、第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩとの間に絞り３を配してなる。絞り３よりも物体側にある第１レンズ群Ｉには、２組の接合レンズが配置されている。
【００８５】
また、反射光学系における負のパワーを有するミラー４の鏡面が偶数次項とともに奇数次項を含む回転対称非球面である。
【００８６】
ここで、図６の実施の形態に対する具体的な数値例を挙げる。
［数値例２］
表５は、数値例２に関するデータである。
表５において「Ｎｏ．」とあるのは物体側から数えた面番号であり、符号２で示す透明板の両面や絞り３の面も含んでいる。Ｎｏ．＝０は「物体面」であり、Ｎｏ．＝１５は絞りの面である。「Ｒ」は曲率半径、「Ｄ」は面間隔、「Ｎｄ」はｄ線に対する材質の屈折率、「νｄ」はアッベ数を示す。
【００８７】
【表５】
2007323047.tif 000007
【００８８】
表６は、面番号：Ｎｏ．＝２２（第４レンズ群ＩＶの、最も像側のレンズの物体側レンズ面）の非球面データを示す。
【００８９】
【表６】
2007323047.tif 000008
【００９０】
表７は、面番号：Ｎｏ．＝２３（第４レンズ群ＩＶの、最も像側のレンズの像側レンズ面）の非球面データを示す。
【００９１】
【表７】
2007323047.tif 000009
【００９２】
表８は、面番号：２４（ミラー４の鏡面）の非球面形状の非球面データである。
【００９３】
【表８】
2007323047.tif 000010
【００９４】
表５における面番号２５は、ミラー４による反射光束をスクリーン側へ反射する平面鏡（ミラー４とともに反射光学系を構成し、図６に図示されていない。）の反射面である。
【００９５】
この具体的な数値例２の投射光学系では、上記のごとく、レンズ系中に非球面を１面以上（面番号：２２、２３）含んでいる。また、レンズ系中の非球面が２面であり（請求項１１）、レンズ系中における第４レンズ群ＩＶの最も像側のレンズ（像側に凸面を向けたメニスカスレンズ）の両面（面番号：２２、２３）が非球面である。また、第４レンズ群ＩＶの最も像側のレンズが合成樹脂によるレンズである。
【００９６】
数値例２における拡大倍率は８５．７倍であり、対角長：０．７インチの反射型のライトバルブを用いる場合、対角長：６０インチの画面に拡大投射できる。
【００９７】
図６に示す光束群は、物体面１において「最も光軸に近い位置」を基点に、図の−Ｙ方向に物体高比：０．０、０．２５、０．５、０．７５、１．０の５つの画角を設定して表示している。
【００９８】
図７は、数値例２における波動光学的ＭＴＦ特性を、図２に倣って示す図である。
横軸は空間周波数（SPATIAL  FREQUENCY（cycles/mm））を表し、縦軸はモジュレーション値（MODULATION）を表す。同図における空間周波数：０．８３cycles/mmは、投射光学系の倍率から「ＱＸＧＡの１ラインペアに相当する周波数」になっているが、５０％を越える解像力が得られていることを示している。
【００９９】
図８は、数値例２の「像面（スクリーン面）７における像の集光位置」を示している。縦軸のＹ方向は図６における上下方向であり、横軸のＸ方向は図６の図面に直交する方向である。上述の如く、ミラー４により反射された光束は、ＸＹ面に平行な反射面を持つ平面鏡により反射されてスクリーン（表示手段）上に投射されるので、像面（スクリーン）はＸＹ面に平行である。Ｘ＝Ｙ＝０は「レンズ系の光軸位置」の座標である。
【０１００】
図８では、像面上でＸ＝０に対しＸのプラス方向のみの像点位置を示しているが、投射光学系が「Ｙ軸に対して左右対称」であることから、Ｘのマイナス側にもＹ軸に対称に像点が位置することは言うまでも無い。図８から分かるようにディストーション歪は極めて良好に補正されている。即ち、数値例２におけるＴＶディストーション値は±０．５％以下である。
【０１０１】
図６に示す実施の形態の場合にも、図４、図５の変形例と同じく、レンズ系と回転対称非球面を持つミラー４との間に、図４に示すミラー５と同様の「光路屈曲用のミラー（平面鏡）」を、その反射面の法線が、ＹＺ面に平行な面内でＺ方向（レンズ系の光軸方向）に対して４５度傾くように設けて、図４、図５の変形例と同様の構成を実現することができる。
【０１０２】
この場合にはミラー４の光軸は図６の図面に直交するＸ方向に合致する。レンズ系を透過した光は光路屈曲用のミラーでＸ方向に反射され、ミラー４で−Ｘ方向に反射され、平面鏡で再度反射し、スクリーン７に至る構成となる。この場合も、平面鏡とスクリーン７とのＸ方向の距離を３００ｍｍ程度とすることができる。光線は光路屈曲用のミラー、ミラー４、平面鏡６の順に反射してスクリーンに至り、反射にともない光線高さは＋Ｙ方向に増加する。
【０１０３】
光路屈曲用のミラーには屈折作用がないので、図６の光学系のデータを数値例２のデータと同一にすれば、波動光学的ＭＴＦ特性は図７に示すものと同一になり、像面（ＹＺ面に平行である。）における像の集光位置は図８に示すものと同一になる。ただし、ミラー５によって光軸方向がＸ軸方向に変換されるので、スクリーンの横方向はＺ軸方向に変換される。
【０１０４】
この変形例の場合にも、レンズ系がミラー４と平面鏡６との間に配置され、レンズ系光軸が平面鏡６の反射面と平行になるので、平面鏡６とスクリーン７との間の間隔を、図１に示す実施の形態に比してより小さくでき、リアプロジェクション型の画像表示装置として構成すると装置の奥行きをより小さくできる。また、平面鏡６を取り除いた構成にすればフロントプロジェクション型の画像表示装置として構成するとスクリーンと近接でありながら、十分な拡大投射を行うことが可能となる。
【０１０５】
上記の投射光学系の数値例１、２（変形例も含む。）のいずれにおいても、投射光学系は少なくとも、４群のレンズ群から成るレンズ系と、レンズ系の後段に負のパワーを持つミラー１枚を含む反射光学系とを有し、レンズ系の光軸が物体面１の中心に対してシフトして配置され、レンズ系の物体面側はテレセントリックである。物体面１は反射型のライトバルブの画像表示面であり、像面はスクリーンである。ライトバルブにもっとも近い第１レンズ群Ｉはテレセントリック性に寄与している。
【０１０６】
第１レンズ群Ｉには色消し作用も付与されている。
数値例１、２（変形例も含む。）において２枚のレンズによって構成されている第２レンズ群ＩＩには「パワーを正とするようにして、画角の広がりを抑制する作用」を持たせ、第３レンズ群ＩＩＩ以降のレンズ口径の広がりを抑制している。第２レンズ群ＩＩの像側には絞り３を配置し、この位置において主光線が光軸と交差し、マージナル光線の高さが揃う。
【０１０７】
第３レンズ群ＩＩＩには正のパワーを与え、マージナル光線を光軸に近づける方向に屈曲させ「画角の広がりを抑制」し、第４レンズ群ＩＶへの光線入射高さを低く抑え、第４レンズ群ＩＶの「レンズ径の小径化」に寄与している。
【０１０８】
第４レンズ群ＩＶにおいては「最も物体側のレンズ」のパワーを負として広角化を図り、続く２枚のレンズも広角化に寄与させている。なお、数値例１、２（変形例も含む。）における第４レンズ群の最も像側のレンズ（凸面を像側に向けたメニスカスレンズ）の光軸近傍のパワーは殆どゼロであるが、結像光束は光軸近傍を通過しない。このメニスカスレンズで光束が通過する領域では凸メニスカス状の形状となっている。
【０１０９】
第４レンズ群ＩＶの像側に「軸対称で凸面」のミラー４を設け、スクリーン位置での像面湾曲を補正した。即ち、レンズ系では像面をオーバーとし、ミラー４では像面をアンダーとしてこれらを相殺させ、スクリーン面では像面がフラットになるようにバランスさせた。また、第４レンズ群ＩＶとミラー５で「倍率とディストーション」を補正している。
【０１１０】
数値例１、２（変形例も含む。）において、ライトバルブの画像表示面である物体面１の中心位置は、レンズ系の光軸に対してシフトして配置され、ライトバルブから射出した全光束はレンズ系の第１群において光軸の片側（図１、図６で光軸よりも下方）を通るようにしている。
【０１１１】
また、絞り３の位置においては各画角の主光線が光軸と交差し、第３レンズ群ＩＩＩではレンズ系の中心よりも上を通る光束の割合が多くなるようにし、第４レンズ群ＩＶでは結像光束の殆どが光軸よりも上を通過するようにした。第４レンズ群ＩＶから射出して回転軸対称非球面形状のミラー４に向かう光線は、光線進行方向を右とすれば右上がりになっている。
【０１１２】
ミラー４の位置では、すべての光束を光軸よりも上の領域において反射させており、ミラー４で反射した光の主光線は、反射光の進行方向を左とすれば左上がりになるようにしている。このようにして、ミラー４で反射した光線はスクリーン７に導かれる途中で第４レンズ群４に遮られることなく、レンズ系光軸よりも上方に像面を設定する構成を可能にしている。
【０１１３】
投射光学系は、ライトバルブ側がテレセントリックでバックフォーカスが長いので、偏光ビームスプリッタを介して、照明光をＬＣＯＳ等の反射型のライトバルブに対して垂直に照明し、ライトバルブからの反射光を、上記偏光ビームスプリッタと色合成用のクロスプリズムを介して投射光学系に導くことができる。
【０１１４】
また、投射光学系のパワー配置を上記の如くにすることにより、全系の焦点距離に対するライトバルブ側のバックフォーカスの比である所謂「レトロ比」を大きくすることが可能となっており、レンズ系とライトバルブの間に、上記の偏光ビームスプリッタやクロスプリズムの配置を可能としている。
さらに、第３レンズ群ＩＩＩのパワーを正にすることにより「主光線の向きを光軸側に向ける」ようにし、第４レンズ群ＩＶに入射する結像光束の光線高さを低くして、第４レンズ群のレンズ径を小さくしている。
【０１１５】
数値例１、２（変形例も含む。）の投射光学系においては、レンズ系とミラー４との間に光路屈曲用のミラーを１枚以上設けることが可能なスペースがあり、また、変形例では、第４レンズ群の最終レンズとミラー４との間に１枚の平面鏡を設け、光軸と４５度の角度を成すように配置し、レンズ系の光軸を、像面すなわちスクリーン面と平行か、それに近い方向に設定することができる。このような配置にすることによって、スクリーン７の法線方向に占める光学系の長さを短くすることができ、リアプロジェクション型の画像表示装置を構成する際に「装置の奥行き」を短くすることができる。
【０１１６】
数値例１、２（変形例も含む）におけるミラー４の鏡面は回転対称非球面であり、光軸近傍の曲率と周辺の曲率を変え、周辺の曲率を緩くして像距離を伸ばすことにより像面湾曲を補正している。また、レンズ系とミラー４を共軸配置にしているので、光軸の調整が容易な構成となっている。ミラー４の回転対称非球面形状は偶数次項とともに奇数次項を含むので、偶数次項のみを含む場合よりも収差補正効果が高まり、偶数次項のみの場合よりもディストーション補正を容易としている。
【０１１７】
リアプロジェクション型の画像表示装置の場合には「ＴＶディストーション」が目立ち易いためその仕様は厳しいが、こうした仕様を満たす上で奇数次項を用いることには効果的である。奇数次項を含む非球面形状においては、特に１次、３次の項の効果により「光軸から近い位置の曲率が大きく、周辺の曲率が緩い非球面形状」を実現しやすい。
【０１１８】
また、第１レンズ群Ｉから第２レンズ群ＩＩまでのパワー配置を「正・正」とし、第２、第３レンズ群間で、各画角の主光線が光軸と交差する位置を揃え、各画角のマージナル光線高さもほぼ一致するようにするような光路を実現しており、この位置に絞り３を配置することにより開口効率：８０％以上を達成できている。
【０１１９】
さらに、絞り３よりも物体側のレンズ群（第１、第２レンズ群）と、絞り３よりもスクリーン側のレンズ群（第３、第４レンズ群）を比較すると、「画角の異なる光束がレンズを通る高さの違い」は、ライトバルブ側の群の方が少なく、レンズ面で受ける屈折効果の「画角による差」が少ない。数値例１、２では、絞り３よりもライトバルブ側に接合レンズを配置することにより、像の拡大倍率に対する影響を少なくしつつ、倍率色収差と像面湾曲の補正を選択的に行うことができる配置を実現した。
【０１２０】
これとは逆に、絞りよりもスクリーン側の領域に接合レンズを配置して色収差補正をしようとすると、接合レンズを通る光線の「光線高さの、画角による違い」が大きく「レンズ面による屈折効果の画角による差異」が大きくなりやすく、接合レンズの位置で色収差補正と倍率補正が競合しやすく良好な解を得るのが難しくなる。
【０１２１】
数値例１、２（変形例も含む。）では、上述のパワー配置により第４レンズ群においては「各画角の光束が分離してレンズを通る」ようになっており、特定の画角の光束が通る位置では「他の画角の光束は通らない」状態になっている。このように画角の異なる光束が分離する領域に非球面を用いることにより、ミラー４の非球面形状とともに「像の倍率とディストーションの補正」を効果的に行っている。
数値例１、２とも、第４レンズ群ＩＶの最も像側の「像側に凸面を向けたメニスカスレンズ」の両面を非球面としている。図１、図６に示すように、このメニスカスレンズにおいては「画角により光線高さが離間している」ので、この面を非球面化することにより画角ごとに収差の補正を容易に行うことができ、これ以外のレンズの面には非球面を用いることなく２面の非球面のみで、レンズ系に必要な収差補正を行うことができた。また、第４レンズ群ＩＶの最も像側のレンズに樹脂材料を用いることが可能であり、ガラスを使用するよりも成型加工コストを低くすることができる。
【０１２２】
図９に第４の実施の形態に係る投射光学系を示す。
上記各実施の形態と同一または同一と看做せる部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上、機能上または特性上についての説明は適宜省略する。上記各実施の形態と異なる点は、構成上、各レンズ群の形状、絞り３の位置である。
図９に示す投射光学系は、物体側から、物空間側にテレセントリック性を与える群Ｉと、絞り３と、画角の発散を抑制する群ＩＩと、画角を収束させた後に拡大する群ＩＩＩ、ＩＶとを有するレンズ系と、このレンズ系の像側に配置され、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系とを有し、レンズ系の各群と負のパワーを有するミラー４とは光軸を共通とし、物体面１の中心に対して、光軸をシフトさせて配置されている。これらの構成によれば、画像表示装置を薄型化、小型化することができる。
【０１２３】
また、図９に実施の形態を示す投射光学系は、平面的に表示された画像を物体とし、その拡大像を投射結像する投射光学系であって、第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶを有するレンズ系と、負のパワーを有するミラー４を含む反射光学系４を有し、レンズ系の各群と負のパワーを有するミラー４とは光軸を共通とし、レンズ系中に絞り３を有し、レンズ系の物体側は略テレセントリックであり、物体面１の中心に対して光軸をシフトさせて配置されるものである。これらの構成によれば、画像表示装置を薄型化、小型化することができる。
【０１２４】
レンズ系は、物体側より順に第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶを配してなり、第１レンズ群Ｉないし第２レンズ群ＩＩは正のパワー、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成パワーが負で、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群ＩＩとの間に絞り３を配してなる。このように反射光学系のミラーの、負のパワーとあわせてバックフォーカスを長くとることができ、物体面側をテレセントリックとすることにより、像側が広角で、投射距離が短く、像面に対して斜めに投射しても像の歪の補正が可能で、解像度の高い投射光学系が得られる。
また、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群ＩＩとの間に絞りを配置することによって高い開口効率を得ることができる。
【０１２５】
また、図９に示すように、絞りよりも物体側にある第１レンズ群Ｉには、２組の接合レンズが配置されている。このように「絞りよりも物体側に接合レンズを配置する」ことにより、倍率色収差の良好な補正が可能になる。
【０１２６】
さらに、反射光学系における負のパワーを有するミラー４の鏡面が奇数次項を含む回転対称非球面である。回転対称非球面は形成容易で製造コストを低減できる。また、偶数次の項のみならず奇数次の項を持つ非球面により「広角化と斜め投射に伴う像歪」を良好に補正することが可能である。
【０１２７】
レンズ系は、物体側より順に第１レンズ群Ｉないし第４レンズ群ＩＶを配してなり、第１レンズ群Ｉないし第３レンズ群ＩＩＩは正のパワー、第４レンズ群ＩＶは最も像側のレンズを除く合成パワーが負で、最も像側のレンズが像側に凸のメニスカス形状であり、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群ＩＩとの間に絞り３を配してなる系としてもよい。
【０１２８】
ここで、図９の実施の形態に対する具体的な数値例を挙げる。
［数値例３］
表９、１０、１１は数値例３に関するデータである。
表９において面番号は物体面からの順であり、図９における透明板２の両面も含んでいる。１面（Ｓ０）は「物体面」であり、１１面〜１７面（Ｓ１１〜Ｓ１７）までは第１レンズ群Ｉ、第１９面（Ｓ１９）は絞り、２０面〜２３面（Ｓ２０〜Ｓ２３）は第２レンズ群ＩＩ、２４面〜２５面（Ｓ２４〜Ｓ２５）は第３レンズ群ＩＩＩ、２６面〜３１（Ｓ２６〜Ｓ３１）面までは第４レンズ群ＩＶ、３２面（Ｓ３２）は非球面ミラー、３３面（Ｓ３３）は折り返し平面ミラー、３４面（Ｓ３４）が像面である。３０面、３１面、３２面は非球面になっている。「ＩＮＦ」は平面を意味する。以上の表に関する説明は、以下の他の表（１３、１７、２１、２５、２９、３３、３７、４１、４５、４９、５３、５７、６１、６５、６９、７３）においても同様である。
【０１２９】
【表９】
2007323047.tif 000011
【０１３０】
表１０は３０面と３１面の非球面係数を示している。表１１は３２面の非球面係数を示している。
【０１３１】
【表１０】
2007323047.tif 000012
【０１３２】
【表１１】
2007323047.tif 000013
【０１３３】
表１２は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆの比の値を示している。これらの値は次の条件式（１）〜（３）を満たしている。この条件は、薄型投射可能で、解像性能の向上に有利な構成条件である。つまり、この条件を満たすことにより、第１レンズ群Ｉは、球面収差、像面湾曲を補正することが可能となる。
第２レンズ群ＩＩは、第３レンズ群ＩＩＩの大型を回避するために画角の発散を抑制する機能を達成することができる。これにより、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは広角で薄型が可能となる。さらに、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは、反射光学系のミラーを大きくすることなく、所望の画角を確保することが可能となる。これらの相乗的な効果により、薄型での投射が可能で、解像性能の向上を可能とするものである。さらに、反射光学系におけるミラーは広角化とディストーション補正に寄与することとなる。
２．７＜ｆ１／ｆ        ・・・（１）
ｆ２／ｆ＜８．８        ・・・（２）
−９．４＜ｆ３／ｆ      ・・・（３）
【０１３４】
【表１２】
2007323047.tif 000014
【０１３５】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。
このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値５３％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。
【０１３６】
［数値例４］
表１３、１４、１５は数値例４に関するデータである。
【０１３７】
【表１３】
2007323047.tif 000015
【０１３８】
表１４は３０面と３１面の非球面係数を示している。表１５は３２面の非球面係数を示している。
【０１３９】
【表１４】
2007323047.tif 000016
【０１４０】
【表１５】
2007323047.tif 000017
【０１４１】
表１６は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆの比の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１）〜（３）を満たしている。
【０１４２】
【表１６】
2007323047.tif 000018
【０１４３】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値５５％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。
【０１４４】
［数値例５］
表１７、１８、１９は数値例５に関するデータである。
【０１４５】
【表１７】
2007323047.tif 000019
【０１４６】
表１８は３０面と３１面の非球面係数を示している。表１９は３２面の非球面係数を示している。
【０１４７】
【表１８】
2007323047.tif 000020
【０１４８】
【表１９】
2007323047.tif 000021
【０１４９】
表２０は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先の条件式（１）〜（３）を満たすとともに、次に示す条件式（４）〜（６）をも満たしている。この条件は、さらなる薄型投射可能で、解像性能の向上に有利な構成条件である。つまり、この条件を満たすことにより、第１レンズ群Ｉは、球面収差、像面湾曲を補正することが可能となる。
第２レンズ群ＩＩは、第３レンズ群ＩＩＩの大型を回避するために画角の発散を抑制する機能を達成することができる。これにより、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは広角で薄型が可能となる。さらに、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは、反射光学系のミラーを大きくすることなく、所望の画角を確保することが可能となる。これらの相乗的な効果により、さらなる薄型での投射が可能で、解像性能の向上を可能とするものである。さらに、反射光学系におけるミラーは広角化とディストーション補正に寄与することとなる。
７９＜ｆ１＜８１      ・・・・（４）
ｆ２＜２５３          ・・・・（５）
−２７５＜ｆ３        ・・・・（６）
【０１５０】
【表２０】
2007323047.tif 000022
【０１５１】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値５９％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。
【０１５２】
［数値例６］
表２１、２２、２３は数値例６に関するデータである。
【０１５３】
【表２１】
2007323047.tif 000023
【０１５４】
表２２は３０面と３１面の非球面係数を示している。表２３は３２面の非球面係数を示している。
【０１５５】
【表２２】
2007323047.tif 000024
【０１５６】
【表２３】
2007323047.tif 000025
【０１５７】
表２４は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（４）〜（６）を満たしている。
【０１５８】
【表２４】
2007323047.tif 000026
【０１５９】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値６３％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。
【０１６０】
［数値例７］
表２５、２６、２７は数値例７に関するデータである。
【０１６１】
【表２５】
2007323047.tif 000027
【０１６２】
表２６は３０面と３１面の非球面係数を示している。表２７は３２面の非球面係数を示している。
【０１６３】
【表２６】
2007323047.tif 000028
【０１６４】
【表２７】
2007323047.tif 000029
【０１６５】
表２８は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（４）〜（６）を満たしている。
【０１６６】
【表２８】
2007323047.tif 000030
【０１６７】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値５３％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。
【０１６８】
［数値例８］
表２９、３０、３１は数値例８に関するデータである。
【０１６９】
【表２９】
2007323047.tif 000031
【０１７０】
表３０は３０面と３１面の非球面係数を示している。表３１は３２面の非球面係数を示している。
【０１７１】
【表３０】
2007323047.tif 000032
【０１７２】
【表３１】
2007323047.tif 000033
【０１７３】
表３２は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は次に示す条件式（７）〜（９）を満たしている。この条件は、薄型投射可能で、ミラーの小型化に有利な構成条件である。つまり、この条件を満たすことにより、第１レンズ群Ｉは、球面収差、像面湾曲を補正することが可能となる。
第２レンズ群ＩＩは、第３レンズ群ＩＩＩの大型を回避するために画角の発散を抑制する機能を達成することができる。これにより、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは広角で薄型が可能となる。さらに、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは、反射光学系のミラーを大きくすることなく、所望の画角を確保することが可能となる。これらの相乗的な効果により、薄型での投射が可能で、ミラーの小型化に寄与することを可能とするものである。さらに、反射光学系におけるミラーは広角化とディストーション補正に寄与することとなる。
ｆ１／ｆ＜３．０        ・・・・（７）
７．７＜ｆ２／ｆ        ・・・・（８）
ｆ３／ｆ＜−５．６      ・・・・（９）
【０１７４】
【表３２】
2007323047.tif 000034
【０１７５】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は５０％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向は１２２ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，１４５平方ミリ以下に小型化することができる。
【０１７６】
［数値例９］
表３３、３４、３５は数値例９に関するデータである。
【０１７７】
【表３３】
2007323047.tif 000035
【０１７８】
表３４は３０面と３１面の非球面係数を示している。表３５は３２面の非球面係数を示している。
【０１７９】
【表３４】
2007323047.tif 000036
【０１８０】
【表３５】
2007323047.tif 000037
【０１８１】
表３６は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は、先に示した条件式（７）〜（９）を満たすとともに、次に示す条件式（１０）〜（１２）をも満たしている。この条件は、さらなる薄型の投射を可能とし、さらなるミラーの小型化に有利な構成条件である。つまり、この条件を満たすことにより、第１レンズ群Ｉは、球面収差、像面湾曲を補正することが可能となる。
第２レンズ群ＩＩは、第３レンズ群ＩＩＩの大型を回避するために画角の発散を抑制する機能を達成することができる。これにより、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは広角で薄型が可能となる。さらに、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは、反射光学系のミラーを大きくすることなく、所望の画角を確保することが可能となる。これらの相乗的な効果により、さらなる薄型での投射が可能で、ミラーの小型化に寄与することを可能とするものである。さらに、反射光学系におけるミラーは広角化とディストーション補正に寄与することとなる。
７９＜ｆ１＜８１        ・・・・（１０）
２１０＜ｆ２            ・・・・（１１）
ｆ３＜−１５２          ・・・・（１２）
【０１８２】
【表３６】
2007323047.tif 000038
【０１８３】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は５０％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向をは１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０３１平方ミリ以下に小型化することができる。
【０１８４】
［数値例１０］
表３７、３８、３９は数値例１０に関するデータである。
【０１８５】
【表３７】
2007323047.tif 000039
【０１８６】
表３８は３０面と３１面の非球面係数を示している。表３９は３２面の非球面係数を示している。
【０１８７】
【表３８】
2007323047.tif 000040
【０１８８】
【表３９】
2007323047.tif 000041
【０１８９】
表４０は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１０）〜（１２）を満たしている。
【０１９０】
【表４０】
2007323047.tif 000042
【０１９１】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は５０％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０６６平方ミリ以下に小型化することができる。
【０１９２】
［数値例１１］
表４１、４２、４３は数値例１１に関するデータである。
【０１９３】
【表４１】
2007323047.tif 000043
【０１９４】
表４２は３０面と３１面の非球面係数を示している。表４３は３２面の非球面係数を示している。
【０１９５】
【表４２】
2007323047.tif 000044
【０１９６】
【表４３】
2007323047.tif 000045
【０１９７】
表４４は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１０）〜（１２）を満たしている。
【０１９８】
【表４４】
2007323047.tif 000046
【０１９９】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は５０％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２２ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，１４５平方ミリ以下に小型化することができる。
【０２００】
［数値例１２］
表４５、４６、４７は数値例１２に関するデータである。
【０２０１】
【表４５】
2007323047.tif 000047
【０２０２】
表４６は３０面と３１面の非球面係数を示している。表４７は３２面の非球面係数を示している。
【０２０３】
【表４６】
2007323047.tif 000048
【０２０４】
【表４７】
2007323047.tif 000049
【０２０５】
表４８は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆの比の値を示している。これらの値は次に示す条件式（１３）〜（１５）を満たしている。この条件は、薄型での投射を可能とし、高ＭＴＦ化とミラー小型化に有利な構成条件である。この条件は、薄型での投射が可能となり、高MTF化と、ミラーの小型化を同時に満たす有利な構成条件である。つまり、この条件を満たすことにより、第１レンズ群Ｉは、球面収差、像面湾曲を補正することが可能となる。
第２レンズ群ＩＩは、第３レンズ群ＩＩＩの大型を回避するために画角の発散を抑制する機能を達成することができる。これにより、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは広角で薄型が可能となる。さらに、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは、反射光学系のミラーを大きくすることなく、所望の画角を確保することが可能となる。これらの相乗的な効果により、薄型での投射が可能で、高MTF化と、ミラーの小型化に寄与することを可能とするものである。さらに、反射光学系におけるミラーは広角化とディストーション補正に寄与することとなる。
２．８＜ｆ１／ｆ＜３．０        ・・・・（１３）
７．９＜ｆ２／ｆ＜８．２        ・・・・（１４）
−７．２＜ｆ３／ｆ＜−６．０    ・・・・（１５）
【０２０６】
【表４８】
2007323047.tif 000050
【０２０７】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は６６．１％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９０５９平方ミリ以下に小型化することができる。
【０２０８】
［数値例１３］
表４９、５０、５１は数値例１３に関するデータである。
【０２０９】
【表４９】
2007323047.tif 000051
【０２１０】
表５０は３０面と３１面の非球面係数を示している。表５１は３２面の非球面係数を示している。
【０２１１】
【表５０】
2007323047.tif 000052
【０２１２】
【表５１】
2007323047.tif 000053
【０２１３】
表５２は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆの比の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１３）〜（１５）を満たしている。
【０２１４】
【表５２】
2007323047.tif 000054
【０２１５】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は５９．７％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０５９平方ミリ以下に小型化することができる。
【０２１６】
［数値例１４］
表５３、５４、５５は数値例１４に関するデータである。
【０２１７】
【表５３】
2007323047.tif 000055
【０２１８】
表５４は３０面と３１面の非球面係数を示している。表５５は３２面の非球面係数を示している。
【０２１９】
【表５４】
2007323047.tif 000056
【０２２０】
【表５５】
2007323047.tif 000057
【０２２１】
表５６は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆの比の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１３）〜（１５）を満たしている。
【０２２２】
【表５６】
2007323047.tif 000058
【０２２３】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は６５．４％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０４３平方ミリ以下に小型化することができる。
【０２２４】
［数値例１５］
表５７、５８、５９は数値例１５に関するデータである。
【０２２５】
【表５７】
2007323047.tif 000059
【０２２６】
表５８は３０面と３１面の非球面係数を示している。表５９は３２面の非球面係数を示している。
【０２２７】
【表５８】
2007323047.tif 000060
【０２２８】
【表５９】
2007323047.tif 000061
【０２２９】
表６０は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２とレンズ系全体の焦点距離ｆの比、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆの比の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１３）〜（１５）を満たしている。
【０２３０】
【表６０】
2007323047.tif 000062
【０２３１】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は６６．３％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０２６平方ミリ以下に小型化することができる。
【０２３２】
［数値例１６］
表６１、６２、６３は数値例１６に関するデータである。
【０２３３】
【表６１】
2007323047.tif 000063
【０２３４】
表６２は３０面と３１面の非球面係数を示している。表６３は３２面の非球面係数を示している。
【０２３５】
【表６２】
2007323047.tif 000064
【０２３６】
【表６３】
2007323047.tif 000065
【０２３７】
表６４は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は、先に示した式（１３）〜（１５）を満たすと共に、次に示す条件式（１６）〜（１８）をも満たしている。この条件は、さらなる薄型での投射が可能となり、高MTF化と、ミラーの小型化を同時に満たす有利な構成条件である。つまり、この条件を満たすことにより、第１レンズ群Ｉは、球面収差、像面湾曲を補正することが可能となる。
第２レンズ群ＩＩは、第３レンズ群ＩＩＩの大型を回避するために画角の発散を抑制する機能を達成することができる。これにより、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは広角で薄型が可能となる。
さらに、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶは、反射光学系のミラーを大きくすることなく、所望の画角を確保することが可能となる。これらの相乗的な効果により、薄型での投射が可能で、高MTF化を達成することができ、さらにミラーを小型にすることを可能とするものである。さらに、反射光学系におけるミラーは広角化とディストーション補正に寄与することとなる。
７９＜ｆ１＜８１          ・・・・（１６）
２１０＜ｆ２＜２３０      ・・・・（１７）
−２０２＜ｆ３＜−１５３    ・・・・（１８）
【０２３８】
【表６４】
2007323047.tif 000066
【０２３９】
本数値例において、非球面ミラーのスクリーン高さ方向は１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０２６平方ミリ以下にできた。また、ＱＸＧＡ相当周波数における白色ＭＴＦを６６．３％以上にできた。
【０２４０】
［数値例１７］
表６５、６６、６７は数値例１７に関するデータである。
【０２４１】
【表６５】
2007323047.tif 000067
【０２４２】
表６６は３０面と３１面の非球面係数を示している。表６７は３２面の非球面係数を示している。
【０２４３】
【表６６】
2007323047.tif 000068
【０２４４】
【表６７】
2007323047.tif 000069
【０２４５】
表６８は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの合成焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１６）〜（１８）を満たしている。
【０２４６】
【表６８】
2007323047.tif 000070
【０２４７】
本数値例において、非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下に、ミラー有効面積を１９，０２８平方ミリ以下にできた。また、ＱＸＧＡ相当周波数における白色ＭＴＦを６０．６％以上にできた。
【０２４８】
［数値例１８］
表６９、７０、７１は数値例１８に関するデータである。
【０２４９】
【表６９】
2007323047.tif 000071
【０２５０】
表７０は３０面と３１面の非球面係数を示している。表７１は３２面の非球面係数を示している。
【０２５１】
【表７０】
2007323047.tif 000072
【０２５２】
【表７１】
2007323047.tif 000073
【０２５３】
表７２は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１６）〜（１８）を満たしている。
【０２５４】
【表７２】
2007323047.tif 000074
【０２５５】
本数値例において、非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２２ｍｍ以下に、ミラー有効面積を１９，１４５平方ミリ以下にできた。また、ＱＸＧＡ相当周波数における白色ＭＴＦを６５．１％以上にできた。
【０２５６】
［数値例１９］
表７３、７４、７５は数値例１９に関するデータである。
【０２５７】
【表７３】
2007323047.tif 000075
【０２５８】
表７４は３０面と３１面の非球面係数を示している。表７５は３２面の非球面係数を示している。
【０２５９】
【表７４】
2007323047.tif 000076
【０２６０】
【表７５】
2007323047.tif 000077
【０２６１】
表７６は、本数値例における、レンズ系の第１レンズ群Ｉの焦点距離ｆ１、レンズ系の第２レンズ群ＩＩの焦点距離ｆ２、レンズ系の第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの焦点距離ｆ３の値を示している。これらの値は先に示した条件式（１６）〜（１８）を満たしている。
【０２６２】
【表７６】
2007323047.tif 000078
【０２６３】
本数値例において、物体側のＦナンバーを２．８として、対角０．７インチ、アスペクト比３：４のライトバルブ上の画像を、対角６０インチの画像として、歪なく良好に拡大投射することができる。このとき、ＱＸＧＡ相当周波数（０．８４cycles/mm）においても白色ＭＴＦ値は５９．７％以上が得られ、ＴＶディストーションは０．５％以下に補正可能であった。
レンズ系部と非球面ミラーの間に折り返しミラーを設け、レンズ系部の光軸がスクリーン面と略平行方向となるように折り曲げて構成すると、装置の奥行きは３００ｍｍ以下に収まる。非球面ミラーのスクリーン高さ方向を１２１ｍｍ以下、ミラー有効面積を１９，０３１平方ミリ以下に小型化することができる。
【０２６４】
以上の数値例（３〜１９）から、対応する条件式の範囲において、従来よりも高いレベルの解像周波数においても、実用レベルのＭＴＦ解像性能で歪なく拡大投射することができ、装置の奥行きを薄く構成することが可能であり、非球面ミラーを小型化することができることがわかる。
ミラーを小型化することはミラーのコストを安くできるという効果のほかにも、リアプロ投射装置における画面領域外の寸法を短くするうえでも効果があり、かかる装置全体をコンパクトに構成するうえでの効果もある。
【０２６５】
上記の実施例において、３３面はリアプロジェクション構成を想定した際における、折り返し平面ミラーである。フロント投射する場合には３３面はなくてもよい。また、３３面から３４面までの距離が、リアプロジェクション構成を想定した際の、装置の奥行きになる。
３１面と３２面の間に、ミラーを加えて、レンズ系の光軸が像面と略水平になるように折り曲げる構成とすると、図９のように装置の奥行き方向にレンズ系がはみ出すことなく、装置の奥行きを薄く構成できる。
レンズ系部のレンズ間には、必要に応じて平面ミラーを加え、レンズ系を折り曲げて構成してもよい。このようにすれば光学系をコンパクトにレイアウトすることができる。
【０２６６】
物体面には、反射型ライトバルブ、ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）デバイスの他、透過型ライトバルブをおくこともできる。投射距離は３１面から３４面までの距離である。たとえば数値例３の場合は５５７．４３ｍｍとなる。さらに、先に示した条件式の組み合わせによれば、第1レンズ群Ｉにおいて、ＬＣＯＳ等の反射型のライトバルブに対するバックフォーカスを十分に確保することも可能となる。
【０２６７】
上記の数値例（３〜１９）において、非球面ミラーの非球面係数Ｋの範囲は、−０．１以上−０．０９５以下であった。また、Ｃ１の範囲は３×１０−５以上４×１０−３以下、Ｃ２の範囲は−４×１０−４以上−５×１０−６以下、Ｃ３の範囲は３×１０−６以上１×１０−５以下、Ｃ４の範囲は−３．６×１０−７以上−３．０×１０−７以下、Ｃ５の範囲は４．２×１０−９以上４．５×１０−９以下、Ｃ６の範囲は−３．４×１０−１１以上−３．４１×１０−１１以下、Ｃ７の範囲は１．４１×１０−１３以上１．４３×１０−１３以下、Ｃ８の範囲は−２．５×１０−１６以上−２．４５×１０−１６以下であった。また、曲率半径は１９２以上１９４以下であった。
【０２６８】
以下、上記投射光学系を用いた画像表示装置の光学配置の例（第５の実施の形態）を説明する。
図１０に光学配置を示す画像表示装置では、光源１１から射出する光束は赤外線や紫外線をフィルタ１２によってカットされ、コンデンサレンズ１３に入射する。光源１１としてはハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ＬＥＤなどが用いられ、コンデンサレンズ１３は上記光束の平行度を補正する。
【０２６９】
コンデンサレンズ１３により平行度を補正された光束は第１フライアイレンズアレイ１４により複数の開口に分離され、フライアイレンズ毎に集光する。その集光面上に第２フライアイレンズアレイ１５を配置し、その瞳に光源の像を形成する。これらは複数の２次光源とみなすことができる。
【０２７０】
第２フライアイレンズアレイ１５から射出した光束は偏光ビームスプリッタアレイ１６により偏光変換され、コンデンサレンズ１７によって平行度を補正し、カラーフィルタ１８を介して偏光ビームスプリッタ１９に入射させ、その偏光分離面により光束を反射させてライトバルブ２０に入射させ、ライトバルブ２０を照明する。ライトバルブ２０はＬＣＯＳ等である。
【０２７１】
ライトバルブ２０で反射した光束は、ライトバルブ２０の画像表示面（前述の投射光学系の物体面）に表示された画像に従がって偏光状態を変調され、偏光ビームスプリッタ１９に入射すると、偏光状態を変調された成分が画像光として偏光ビームスプリッタ１９を透過し、投射光学系２１により画像表示手段であるスクリーン２２上に結像投射される。
【０２７２】
カラーフィルタ１８は、赤・緑・青当の３原色の各色光を選択的に透過させ得るものであり、透過させる光の色を、例えば赤・緑・青の順にサイクリックに切り替えることができるようになっており、カラーフィルタ１８を透過する照明光の色をフィールドシーケンシャルに変えながら時分割に照明し、それに応じてライトバルブ２０に表示する画像を、赤・緑・青色画像成分に順次に切り替える。この場合にはクロスプリズムは必要ない。このようにして、スクリーン２２にカラー画像を投射表示することができる。
【０２７３】
図１０において「１枚のレンズ」として略示されている投射光学系２１として、先に説明した数値例１〜１９に係る投射光学系やその変形例を用いることにより、画像表示装置を実現することができる。
【０２７４】
ライトバルブ２０に入射する光束は、ライトバルブ２０の画像表示面に対し略垂直となるようにする。光源１１は有限の大きさを持っているため、照明光を完全に平行光束化することは難しく、照明光の角度は「±数度の範囲」に分布しているが、ライトバルブ２０の画像表示面に対して略垂直である。
【０２７５】
投射光学系２１（数値例１〜１９やその変形例）のライトバルブ側が略テレセントリックであるので、このような照明が可能となっており、偏光ビームスプリッタ１９を「偏光分離特性が良好な状態」で使用することができる。偏光分離特性の劣化はコントラスト低下を招く要因となる。
【０２７６】
図１１は、透過型のライトバルブ２３を用いた画像表示装置の光学配置の例を示している（第６の実施の形態）。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものに付いては、図１０におけると同一の符号を付する。光源１１からコンデンサレンズ１７までの光学配置は図１０の配置と同一である。
【０２７７】
コンデンサレンズ１７によって平行度を補正された照明光はライトバルブ２３を透過し、ライトバルブ２３の画像表示面（投射光学系の物体面）に表示された画像に従がって偏光状態を変調されて画像光となり、投射光学系２１により画像表示手段であるスクリーン２２上に結像投射される。投射光学系２１は具体的には前述の数値例１〜１９やその変形例である。
【０２７８】
この場合にも、図１０の実施の形態におけると同様に、カラーフィルタ１８をコンデンサレンズ１７とライトバルブ２３との間に配置し、照明光の色をフィールドシーケンシャルに変えながら時分割に照明し、それに応じてライトバルブ２３に表示する画像を赤・緑・青色画像成分に順次に切り替えることによりスクリーン２２にカラー画像を投射表示することができる。
【０２７９】
図１２は、反射型のライトバルブを３枚使用する所謂「３板方式の画像表示装置」の光学配置の例を示している（第７の実施の形態）。混同の恐れが無いと思われるものに付いては図１０におけると同一の符号を付する。
【０２８０】
光源１１からの光は、赤外線や紫外線をフィルタ１２によってカットされてコンデンサレンズ１３に入射し、第１フライアイレンズ１４、第２フライアイレンズ１５を通過させ、第２フライアイレンズ１５から射出した光を偏光ビームスプリッタアレイ１６で偏光変換し、ダイクロイックミラー１７０、１８０によって赤、緑、青の３色に色分解し、ミラー１９０で光路を調整し、各々の色成分光の光路上に偏光ビームスプリッタ２００、２１０、２２０を設けてライトバルブ２３、２４、２５に導光して照明し、各ライトバルブによる反射光をクロスプリズム２６により合成し、合成した光を投射光学系２７によりスクリーン２８上に投射結像させる。このようにすれば、カラー・ブレークが発生せず、良好な画質を実現することができる。
【０２８１】
投射光学系２７は具体的には前述の数値例１〜１９やその変形例の投射光学系を用いる。
【０２８２】
以上のように、照明手段によってライトバルブの画像表示面を照明し、ライトバルブ上の表示画像を拡大投射光学系によって表示手段に導き拡大表示する画像表示装置に、上述の投射光学系を用いることによって「ライトバルブの像を拡大投射する画像表示装置」を実現できる。
【０２８３】
この画像表示装置はバックフォーカスが確保できており、ライトバルブ側の光路がテレセントリックであるので（テレセントリシティ）、応答性やコントラスト特性に優れたＬＣＯＳなどの反射型のライトバルブを使用でき、解像性能が高く、像面に対して斜めに投射してもディストーションを良好に補正することが可能であり、投射距離も短く、装置を薄く構成することができる。
【０２８４】
光源１１としては、既にのべたようにメタルハライドなどのランプ光源を用いることができるほか、ＬＥＤ光源を一部併用してもよく、ＬＤ光源を併用することもできる。ＬＥＤやＬＤを光源に用いるとランプ光源と比較して寿命が延びるほか、発光波長に選択性があるために、色分離のための光学系が不要になり、あるいは４色以上のＬＥＤを用いることで色再現範囲を拡大することができるなどのメリットがある。
本発明を実施することにより、レンズ系と凸面ミラーを用いて投射距離を短くする投射光学系において、ＬＣＯＳ等の反射型ライトバルブに適した配置条件で、従来に比べて高い解像性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
【図１】第１の実施の形態に係る投射光学系を示す図である。
【図２】図１の実施の形態に係る具体的な数値例１における波動光学的ＭＴＦ特性を示す図である。
【図３】数値例１の像面（スクリーン面）における像の集光位置を示す図である。
【図４】図１の実施の形態の変形例（第２の実施の形態）を示す図である。
【図５】図４の変形例を像面に平行な方向から見た説明図である。
【図６】第３の実施の形態に係る投射光学系を示す図である。
【図７】図６の実施の形態に係る具体的な数値例２における波動光学的ＭＴＦ特性を示す図である。
【図８】数値例１の像面（スクリーン面）における像の集光位置を示す図である。
【図９】第４の実施の形態に係る投射光学系を示す図である。
【図１０】第５の実施の形態に係る画像表示装置の概要構成図である。
【図１１】第６の実施の形態に係る画像表示装置の概要構成図である。
【図１２】第７の実施の形態に係る画像表示装置の概要構成図である。
【符号の説明】
【０２８６】
１      物体面
Ｉ      レンズ系の第１レンズ群
ＩＩ    レンズ系の第２レンズ群
ＩＩＩ  レンズ系の第３レンズ群
ＩＶ    レンズ系の第４レンズ群
３      絞り
４      負のパワーを持つミラー
【図１】
2007323047.tif 000079
【図２】
2007323047.tif 000080
【図３】
2007323047.tif 000081
【図４】
2007323047.tif 000082
【図５】
2007323047.tif 000083
【図６】
2007323047.tif 000084
【図７】
2007323047.tif 000085
【図８】
2007323047.tif 000086
【図９】
2007323047.tif 000087
【図１０】
2007323047.tif 000088
【図１１】
2007323047.tif 000089
【図１２】
2007323047.tif 000090